[发明专利]基于泰勒级数拟合的单轴旋转惯导系统姿态解调方法

说明书

本发明涉及一种基于泰勒级数拟合的单轴旋转惯导系统姿态解调方法，利用转位机构实现最优双位置对准，获得精确的载体姿态和航向信息，同时估计和补偿陀螺漂移；标定过程中控制转位机构正反转一圈，计算并存储测量转角、等效转位角速率、等效转位角加速率以及失准角信息；采用高阶泰勒级数多项式拟合方法对失准角误差进行建模；标定结束后，采用拟合系数对失准角误差进行补偿，完成姿态解调。本发明方法不需要引入额外的设备，通过数学拟合方法补偿失准角误差，姿态解调精度高，工程实用性强。

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，涉及一种基于泰勒级数拟合的单轴旋转惯导系统姿态解调方法。

背景技术

单轴旋转调制是一种惯导系统的误差自动补偿技术，通过绕方位轴的正反转过程调制陀螺和加速度计慢变误差，以保证惯导系统的长时间导航精度。然而转位机构的引入使惯性测量单元(IMU)相对于载体旋转，无法直接获得载体的姿态和航向信息，需要进行调制解调，而转轴误差和测角误差是影响姿态解调精度的主要因素。

文献“单轴旋转惯导转轴方向高精度标定方法研究，仪器仪表学报，2014，Vol35(12)，p111-115”公开了一种单轴旋转惯导系统转轴方向误差的标定方法。方法分析了方位旋转轴与IMU测量轴之间的失准角误差模型，在载体姿态静止的前提下，通过对陀螺输出数据和转轴角编码器测量值进行处理，能够实现转轴误差角的标定和补偿。但是该方法省略了初始对准过程，转轴方向的标定精度受地球自转分量和陀螺零偏的影响；且方法将失准角视为常值，没有考虑测角编码器与旋转轴之间的转轴偏心、安装倾斜以及轴承间隙等因素的影响，在实际系统中姿态解调精度不高。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于泰勒级数拟合的单轴旋转惯导系统姿态解调方法，克服现有姿态解调方法精度低的不足。

技术方案

一种基于泰勒级数拟合的单轴旋转惯导系统姿态解调方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：惯导系统获得初始位置后，利用转位机构进行最优双位置对准，其中第一位置转角位置为180°，第二位置转角位置为0°；采用经典卡尔曼滤波方法获得载体精确的初始姿态和航向信息并对陀螺漂移进行估计和补偿；

步骤2：双位置对准结束后，保持惯导系统静止，控制转位机构以6°/s绕方位轴正反转各一圈，转动过程中采用传统四元数解算方法进行姿态更新，计算并存储：测量转角α、等效转动角速率等效转动角加速率和失准角误差φ^b；

步骤3：分别对正反转过程采用高阶泰勒级数拟合失准角φ^b与α、之间的函数关系，获得多项式拟合系数并保存；

所述函数关系为：

式中φ_i表示正反转情况下的x,y,z轴失准角分量，m和n分别表示α和的拟合阶数，p_i,k和c_i,j为相应的拟合系数；

步骤4：将拟合系数p_i,k和c_i,j存储至导航计算机，在导航阶段根据拟合系数、转位角度α和转位角加速率按函数关系式：

计算补偿失准角，实时完成姿态解调计算。

有益效果